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JP5229969B2 - デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 - Google Patents
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デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信（高周波無線通信）に搭載されるデュープレクサに関する。また、そのようなデュープレクサを備えた通信モジュール、および通信モジュールを備えた通信装置に関する。
圧電材料を用いた弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）や厚み振動波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）を用いた共振器を複数組み合わせることにより、特定の周波数帯の電気信号のみを通過させる特徴を持った高周波通信用のフィルタ素子が開発され、実用化に到っている。また、近年では、圧電基板とその上に形成した媒体との境界を中心に伝搬する境界波フィルタの開発が進められている。ＳＡＷやＢＡＷを利用したフィルタ部品は、他の誘電体フィルタやセラミックフィルタに比して外形サイズが小さく、かつ急峻なロールオフ特性を持つため、小型で、狭い比帯域幅が要求される携帯電話等の移動体通信部品に適している。
ＳＡＷ，ＢＡＷフィルタの応用部品として、デュープレクサがある。デュープレクサは、送受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置において用いられる。このようなＳＡＷフィルタやＢＡＷフィルタを用いたフィルタの構成として、フィルタを直列−並列に梯子状に繋ぐラダーフィルタがある。ラダーフィルタは、低損失で耐電力性能に優れ、デュープレクサ用途には広く使用されている。特許文献１には、ＳＡＷフィルタなどと同様の機能を有するＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を梯子状に接続して構成されたラダーフィルタが開示されている。
特開２００１−２４４７６号公報
これまでデュープレクサの入出力端子は、殆どのケースにおいてシングルエンドに限られていた（特許文献１参照）。しかし、今後のＲＦアーキテクチャーの動向は、受信フィルタの後段に接続されるＬＮＡ（Low Noise Amplifier）がバランス入力に対応する傾向にあり、それに伴い、ＬＮＡの入力端子に接続するデュープレクサの受信フィルタの出力端子は、バランス出力に対応する必要性が出てきている。
本発明の目的は、バランス入力型のＬＮＡに接続可能なデュープレクサを提供することである。また、そのようなデュープレクサを備えた通信モジュールを提供することを目的とする。また、そのような通信モジュールを備えた通信装置を提供することを目的とする。
本発明のデュープレクサは、シングル型のアンテナポートと、前記アンテナポートに入力される信号のうち、受信周波数帯域の信号のみを通過させる受信フィルタと、外部から入力される信号のうち、送信周波数帯域の信号のみを通過させて、前記アンテナポートに出力する送信フィルタとを備えたデュープレクサであって、前記アンテナポートに接続されるシングル型入力端子と、バランス型出力端子とを備えた第１の変換回路を備え、前記受信フィルタは、前記第１の変換回路の出力端子に接続されるバランス型入力端子と、フィルタ処理した受信信号を出力するためのバランス型出力端子とを備えたものである。
本発明によれば、バランス入力型のＬＮＡに接続可能な受信フィルタを備えたデュープレクサを得ることができる。また、そのようなデュープレクサを備えた通信モジュール、さらにはそのような通信モジュールを備えた通信装置を得ることができる。
図１は、実施の形態１におけるデュープレクサの構成を示すブロック図である。 図２は、ＤＭＳ型フィルタの構成を示す回路図である。 図３は、ＤＭＳ型フィルタの構成を示す回路図である。 図４は、ラダーフィルタの構成を示す回路図である。 図５Ａは、実施の形態２におけるデュープレクサによる受信信号及び送信信号の周波数特性を示す特性図である。 図５Ｂは、図５ＡにおけるＺ部を拡大した特性図である。 図６は、実施の形態２におけるデュープレクサの構成を示す回路図である。 図７Ａは、実施の形態２におけるデュープレクサの実装イメージを示す模式図である。 図７Ｂは、実施の形態２における受信フィルタの実装イメージを示す模式図である。 図７Ｃは、実施の形態２における送信フィルタの実装イメージを示す模式図である。 図８Ａは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｂは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｃは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｄは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｅは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｆは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｇは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図８Ｈは、変換回路の構成例を示す回路図である。 図９Ａは、位相整合回路の構成例を示す回路図である。 図９Ｂは、位相整合回路の構成例を示す回路図である。 図９Ｃは、位相整合回路の構成例を示す回路図である。 図１０Ａは、アンテナ段回路の構成例を示す回路図である。 図１０Ｂは、アンテナ段回路の実装イメージを示す模式図である。 図１０Ｃは、図１０ＢにおけるＹ−Ｙ部の断面図である。 図１１Ａは、アンテナ段回路の構成例を示す回路図である。 図１１Ｂは、アンテナ段回路の実装イメージを示す模式図である。 図１２は、実施の形態２におけるデュープレクサの他の構成を示す回路図である。 図１３は、ラティスフィルタの構成を示す回路図である。 図１４は、ラティスフィルタとラダーフィルタを接続したフィルタの構成を示す回路図である。 図１５は、実施の形態２におけるデュープレクサの他の構成を示す回路図である。 図１６は、実施の形態３における通信モジュールの構成を示す回路図である。 図１７は、実施の形態４における通信装置の構成を示す回路図である。
符号の説明
２ アンテナ段回路
２１ 位相整合回路
２２ 変換回路
３ 受信フィルタ
４ 送信フィルタ
本発明のデュープレクサは、シングル型のアンテナポートと、前記アンテナポートに入力される信号のうち、受信周波数帯域の信号のみを通過させる受信フィルタと、外部から入力される信号のうち、送信周波数帯域の信号のみを通過させて、前記アンテナポートに出力する送信フィルタとを備えたデュープレクサであって、前記アンテナポートに接続されるシングル型入力端子と、バランス型出力端子とを備えた第１の変換回路を備え、前記受信フィルタは、前記第１の変換回路の出力端子に接続されるバランス型入力端子と、フィルタ処理した受信信号を出力するためのバランス型出力端子とを備えたものである。このように、アンテナポートに入力されるシングル型の信号をバランス型の信号に変換し、受信フィルタのバランス型出力端子から出力する構成としたので、バランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができる。
また、本発明のデュープレクサは、上記構成を基本として、以下のような様々な態様をとることができる。
すなわち、本発明のデュープレクサにおいて、前記受信フィルタと前記送信フィルタとの位相整合を行う位相整合回路をさらに備えた構成とすることができる。このように構成することで、送信フィルタから出力される送信信号が受信フィルタ側へ流れ込むのを防止することができる。
また、前記第１の変換回路は、前記受信フィルタと前記送信フィルタの位相整合を行う機能を備えた構成とすることができる。このように構成することで、送信フィルタから出力される送信信号が受信フィルタ側へ流れ込むのを防止することができる。
また、前記受信フィルタは、ダブルモード型弾性表面波フィルタで構成することができる。このように構成することで、受信フィルタの後段に配されるバランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができる。
また、前記受信フィルタは、少なくとも一部がバランス型ラダーフィルタで構成することができる。このように構成することで、受信フィルタの後段に配されるバランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができる。また、低損失でかつ耐電力特性が優れた受信フィルタを実現することができる。
また、前記受信フィルタは、２個のシングルエンド型ラダーフィルタで構成することができる。このように構成することで、低損失でかつ耐電力特性が優れた受信フィルタを実現することができる。このように構成することで、受信フィルタの後段に配されるバランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができる。また、低損失でかつ耐電力特性が優れた受信フィルタを実現することができる。
また、前記受信フィルタは、少なくとも一部がバランス型ラティスフィルタで構成することができる。このように構成することで、受信フィルタの後段に配されるバランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができる。また、低損失でかつ耐電力特性が優れた受信フィルタを実現することができる。また、カットオフが緩やかに変化する受信フィルタを実現することができる。
また、前記送信フィルタは、シングルエンド型フィルタで構成することができる。このような構成とすることで、回路規模が小さい送信フィルタを実現することができる。
また、前記送信フィルタは、バランス型フィルタで構成され、前記送信フィルタに接続されるバランス型入力端子と、前記アンテナポートに接続されるシングル型出力端子とを備え、当該バランス型入力端子に入力されるバランス信号をシングル信号に変換する第２の変換回路をさらに備えた構成とすることができる。このような構成とすることで、送信フィルタの前段に配されているバランス出力型のパワーアンプに接続可能な構成とすることができる。
また、前記送信フィルタは、ラダーフィルタで構成することができる。このような構成とすることで、送信フィルタの前段に配されているバランス出力型のパワーアンプに接続可能な構成とすることができる。また、低損失でかつ耐電力特性が優れた送信フィルタを実現することができる。
また、前記送信フィルタは、ダブルモード型弾性表面波フィルタで構成することができる。このような構成とすることで、送信フィルタの前段に配されているバランス出力型のパワーアンプに接続可能な構成とすることができる。
また、前記第１の変換回路および前記位相整合回路は、同一基板上に形成することができる。このように構成することで、第１の変換回路と位相整合回路とを同時に作製することができるため、作製が容易になるとともに製造コストを低減させることができる。また、回路を備えたチップの小型化が可能になる。
また、前記第１の変換回路および前記位相整合回路は、集中定数素子で構成することができる。このように構成することで、安価でかつ容易に回路を実現することができる。
また、前記第１の変換回路および前記位相整合回路は、その一部または全部が、送信フィルタ素子または受信フィルタ素子の基板上に形成することができる。このように構成することで、フィルタを作製する際に第１の変換回路及び位相整合回路の一部または全部を同時に作製することができるので、作製が容易になるとともに製造コストを低減させることができる。また、回路を備えたチップの小型化が可能になる。
また、前記受信フィルタまたは前記送信フィルタは、複数のフィルタ素子を備え、前記フィルタ素子は、弾性表面波フィルタ，境界波フィルタ、圧電薄膜共振器フィルタの何れかで構成することができる。受信フィルタまたは送信フィルタを弾性表面波フィルタで構成することで、受信フィルタまたは送信フィルタを小型化することができる。また、弾性表面波フィルタは、急峻なロールオフ特性を持つため、狭い帯域幅が要求される携帯電話端末等の移動体通信部品に適している。また、受信フィルタまたは送信フィルタを境界波フィルタで構成することで、受信フィルタまたは送信フィルタの小型化が可能になるとともに、気密封止パッケージが不要となる。また、受信フィルタまたは送信フィルタを圧電薄膜共振器フィルタで構成することで、半導体技術を用いて容易にフィルタを作製することができる。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるデュープレクサの構成を示す。デュープレクサは、アンテナ１、アンテナ段回路２、受信フィルタ３、および送信フィルタ４を備えている。
アンテナ段回路２は、シングルエンドのアンテナ端子ＡＮＴを介してアンテナ１に接続されている。また、アンテナ段回路２は、位相整合回路２１と変換回路２２（第１の変換回路）とを備えている。位相整合回路２１は、送信フィルタ４から出力される送信信号が受信フィルタ３側に流れ込むのを防ぐために、受信フィルタ３のインピーダンスの位相を調整するための素子である。変換回路２２は、アンテナ端子ＡＮＴまたは位相整合回路２１（本実施の形態では位相整合回路２１）と受信フィルタ３との間に接続され、位相整合回路２１から出力されるシングル信号（受信信号）をバランス信号に変換して出力する素子である。したがって、変換回路２２の入力端子は１系統であるシングル端子で構成され、出力端子は２系統であるバランス端子で構成されている。
受信フィルタ３は、入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、受信フィルタは、入力端子及び出力端子共にバランス端子で構成されている。また、受信フィルタ３は、図２に示すようにＤＭＳ（Double Mode SAW）型フィルタで構成されている。ＤＭＳ型フィルタは、第１のＳＡＷフィルタ１１１と第２のＳＡＷフィルタ１１２とを接続して構成されている。端子１０１ａは変換回路２２の一方の出力端子に接続され、端子１０１ｂは変換回路２２の他方の出力端子に接続され、端子１０２ａは受信端子Ｒｘ１に接続され、端子１０２ｂは受信端子Ｒｘ２に接続されている。
送信フィルタ４は、入力される送信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。送信フィルタ４の具体構成は、図示のようにシングルエンド型のラダーフィルタで構成され、梯子状に接続された複数のＳＡＷフィルタ４１〜４５を備えている。本実施の形態の送信フィルタ４は、シングルエンド型のフィルタで構成されているため、小さい回路規模で実現することができる。ＳＡＷフィルタ４１，４２，および４３は、互いに直列接続され、位相整合回路２１と送信端子Ｔｘとに接続されている。ＳＡＷフィルタ４４は、ＳＡＷフィルタ４１及び４２のノードに接続されている。ＳＡＷフィルタ４５は、ＳＡＷフィルタ４２及び４３のノードに接続されている。
なお、本実施の形態では、送信フィルタ４の高周波阻止帯域が受信フィルタ３の通過帯域と重なり、受信フィルタ３の低周波阻止帯域が送信フィルタ４の通過帯域と重なるように、受信フィルタ３及び送信フィルタ４が構成されている。
以下、動作を説明する。
まず、受信動作について説明する。アンテナ１から入力される受信信号（シングル信号）は、位相整合回路２１を介して変換回路２２に入力される。変換回路２２は、入力されるシングル信号をバランス信号に変換して出力する。
変換回路２２から出力される信号は、受信フィルタ３に入力される。受信フィルタ３は、入力される受信信号を図２に示す第１のＳＡＷフィルタ１１１と第２のＳＡＷフィルタ１１２とに通すことによって、所定の周波数帯域に制限された受信信号のみを通過させる。この時、受信フィルタ３から出力されるバランス信号のうちの一方は位相が９０°進み、他方の信号は位相が９０°遅れる。受信フィルタ３から出力される受信信号は、受信端子Ｒｘ１及びＲｘ２から出力され、バランス入力に対応したＬＮＡ（不図示）に入力される。
次に、送信動作について説明する。送信系統に配されているシングル出力のパワーアンプ（不図示）から出力される送信信号は、送信端子Ｔｘを介して送信フィルタ４に入力される。送信フィルタ４は、入力される送信信号をＳＡＷフィルタ４１〜４５を通すことによって、所定の周波数帯域に制限された送信信号を出力する。送信フィルタ４から出力される送信信号は、位相整合回路２１を介してアンテナ１へ出力される。
以上のように本実施の形態によれば、シングルエンドのアンテナ端子ＡＮＴを介して入力されるシングル信号をバランス信号に変換する変換回路２２と、バランス入力端子及びバランス出力端子を備えた受信フィルタ３とを備えたことにより、受信フィルタ３の後段に接続されているバランス入力型のＬＮＡに接続可能なデュープレクサを実現することができる。
なお、本実施の形態では、図２に示すように受信フィルタ３には２個のＳＡＷフィルタ１１１及び１１２を備える構成としたが、図３に示すように４個のＳＡＷフィルタ１１３〜１１６を備える構成とすることができる。図３に示す構成のＤＭＳ型フィルタは、図２に示すＤＭＳ型フィルタに比べて、特性上の大差はない。
（実施の形態２）
実施の形態２は、受信フィルタ３をバランス入力端子及びバランス出力端子を備えたラダー型フィルタ（以下、バランス型ラダーフィルタと称する）で構成したことを特徴とする。
図４に示すように、バランス型ラダーフィルタは、梯子状に接続された複数のＳＡＷフィルタ３１〜３８を備えている。ＳＡＷフィルタ３１，３２，および３３は、互いに直列接続され、変換回路２２の一方の出力端子と受信端子Ｒｘ１とに接続されている。また、ＳＡＷフィルタ３６，３７，および３８は、互いに直列接続され、変換回路２２の他方の出力端子と受信端子Ｒｘ２とに接続されている。また、ＳＡＷフィルタ３４は、ＳＡＷフィルタ３１及び３２のノードとＳＡＷフィルタ３６及び３７のノードとの間に接続されている。また、ＳＡＷフィルタ３５は、ＳＡＷフィルタ３２及び３３のノードとＳＡＷフィルタ３７及び３８のノードとの間に接続されている。
図５Ａは、ＰＣＳ（Personal Communication System）におけるデュープレクサの特性（シミュレーション）を示し、図５Ｂは図５ＡにおけるＺ部分（通過帯域）の拡大図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、実線で示す特性Ａは、本実施の形態のように受信フィルタ及び送信フィルタにラダーフィルタを採用したデュープレクサによる受信及び送信のフィルタ特性を示す。破線で示す特性Ｂは、送信フィルタにラダーフィルタを採用し、受信フィルタにシングルエンドのＤＭＳ型フィルタを採用した構成のデュープレクサによる受信及び送信のフィルタ特性を示す。図５Ｂに示すように、送信帯域においては特性Ａと特性Ｂとの間に大きな差は無いが、受信帯域においては特性Ａの方が特性Ｂに比べて損失が低いことがわかる。すなわち、受信フィルタ３をラダーフィルタで構成することで、低損失なデュープレクサを実現することができる。
図６は、バランス型ラダーフィルタで構成された受信フィルタを備えたデュープレクサの具体回路構成を示す。図６において、図１に示す構成と同様の構成要素については、同一番号を付与して詳細説明は省略する。アンテナ段回路２は、アンテナ端子ＡＮＴと受信フィルタ３との間に配置され、ＬＣ並列回路で構成されている。また、アンテナ段回路２は、シングル信号をバランス信号に変換する変換回路の機能とともに、送受信フィルタ間の位相整合を行なう機能も持ち合わせている。
受信フィルタ３は、バランス型のラダーフィルタで構成されている。また、受信フィルタ３は、ＳＡＷフィルタ３１ｊ及び３１ｋが、ＳＡＷフィルタ３１ｂ及び３１ｃのノードとＳＡＷフィルタ３１ｆ及び３１ｇのノードとに接続されている。また、ＳＡＷフィルタ３１ｉは、アンテナ段回路２及びＳＡＷフィルタ３１ａのノードとアンテナ段回路２及びＳＡＷフィルタ３１ｅのノードとに接続されている。また、ＳＡＷフィルタ３１ｍは、ＳＡＷフィルタ３１ｄ及び受信端子Ｒｘ１のノードとＳＡＷフィルタ３１ｈ及び受信端子Ｒｘ２のノードとに接続されている。このように構成することで、ＳＡＷフィルタ３１ａ及び３１ｂなどのように直接的に接続されたＳＡＷフィルタの容量を大きくすることができ、単位面積当たりの消費電力を低減させることができる。
送信フィルタ４は、シングルエンド型のラダーフィルタで構成されている。また、送信フィルタ４は、ＳＡＷフィルタ４１ｅがＳＡＷフィルタ４１ａ及び４１ｂのノードに接続されている。また、ＳＡＷフィルタ４１ｆがＳＡＷフィルタ４１ｃ及び４１ｄのノードに接続されている。このように構成することで、ＳＡＷフィルタ４１ｂ及び４１ｃのように直接的に接続されたＳＡＷフィルタの容量を大きくすることができ、単位面積当たりの消費電力を低減させることができる。
図７Ａは、図６に示すデュープレクサの実装イメージを示す。デュープレクサは、基板１０１上に、受信フィルタ３を備えた受信フィルタチップ１０２と、送信フィルタ４を備えた送信フィルタチップ１０３と、アンテナ段回路２に含まれるインダクタＬ１及びＬ２（図６参照）を備えたインダクタチップ１０４及び１０５とがそれぞれ実装されている。なお、図示は省略しているが、基板１０１上に実装されている各チップは、互いに電気的に接続されている。
図７Ｂは、受信フィルタチップ１０２内のフィルタ基板の構成を示す。図７Ｂに示すパターンにおいて、図６における各素子と同様の素子については同一番号を付与している。図７Ｂに示すように、フィルタ基板上には、ＳＡＷフィルタ３１ａ〜３１ｍ、キャパシタＣ１，Ｃ２、および接続用バンプ３１ｎが形成され、電極パターンによって互いに電気的に接続されている。また、アンテナ段回路２を構成しているキャパシタＣ１及びＣ２は、フィルタが形成されている基板上に形成されている。また、ＳＡＷフィルタ３１ａ〜３１ｍは、それぞれ電極パターンに接続されたＩＤＴ（Interdigital Transducer：すだれ状電極）と、ＩＤＴの両側に配されている反射器とで構成されている。なお、図７Ｂに示す構成において、フィルタ基板上に、さらにインダクタＬ１及びＬ２を形成する構成とすることもできる。
図７Ｃは、送信フィルタチップ１０３内のフィルタ基板の構成を示す。図７Ｃに示すパターンにおいて、図６における各素子と同様の素子については同一番号を付与している。図７Ｃに示すように、ＳＡＷフィルタ４１ａ〜４１ｆ、接続用バンプ４１ｇ，４１ｈ、および接地用バンプＧＮＤは、電極パターンによって互いに電気的に接続されている。また、ＳＡＷフィルタ４１ａ〜４１ｆは、それぞれ電極パターンに接続されたＩＤＴと、ＩＤＴの両側に配されている反射器とで構成されている。
次に、デュープレクサに含まれる各回路の具体例について説明する。
図８Ａ〜図８Ｈは、変換回路２２の構成例を示し、集中定数素子で形成した例を示す。入力端子５１（シングル入力）は、位相整合回路２１に接続され、アンテナ１からの受信信号が入力される端子である。出力端子５２ａ及び５２ｂ（バランス出力）は、受信フィルタ３に接続されている。図８Ａ及び図８Ｂは、２個のインダクタをトランス構造とし、入力端子５１に入力される受信信号（シングル信号）をバランス信号に変換して出力端子５２ａ及び５２ｂから出力する構成である。また、図８Ｃ〜図８Ｈは、複数のインダクタと複数のキャパシタとを組み合わせた構造とし、入力端子５１に入力される受信信号（シングル信号）をバランス信号に変換して出力端子５２ａ及び５２ｂから出力する構成である。なお、図示する変換回路は、特性上の大差はない。
図９Ａ〜図９Ｃは、位相整合回路２１の構成例を示し、集中定数素子で形成した例を示す。端子６１は、アンテナ端子ＡＮＴに接続されている。端子６２は、変換回路２２に接続されている。端子６３は、送信フィルタ４に接続されている。図９Ａは、端子６１側にインダクタを並列接続した構成である。図９Ｂ及び図９Ｃは、端子６２側にインダクタ及びキャパシタを接続した構成である。なお、図示する各位相整合回路は、受信フィルタ及び送信フィルタのインピーダンス特性に合わせて最適な回路を選ぶ必要がある。
図１０Ａは、アンテナ段回路２の第１実施例を示す。図１０Ｂは、図１０Ａに示すアンテナ段回路２の実装パターンの一例を示す。図１０Ｃは、図１０ＢにおけるＹ−Ｙ部の断面である。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて互いに同様の構成については同一番号を付与する。図１０Ｂに示すように、アンテナ段回路２は、基板７１上に、端子７２ａ、受信端子７３（Ｒｘ１）、受信端子７４（Ｒｘ２）、グランド端子７９、直列キャパシタＣ７１、並列キャパシタＣ７２、並列インダクタＬ７１、および直列インダクタＬ７２を備えている。シングル型の端子７２ａ、バランス型の端子７３及び７４、グランド端子７５は、それぞれパッドで構成されている。端子７２ａは、アンテナに接続されるアンテナ端子７２（図１０Ａ）と、送信フィルタに接続される送信端子７５（図１０Ａ）とを兼ねている。直列キャパシタＣ７１は、図１０Ｃに示すように上部電極７６と下部電極７７との間に誘電体膜７８を挟持して構成されている。図示を省略するが、並列キャパシタＣ７２も同様の構成である。並列インダクタＬ７１及び直列インダクタＬ７２は、スパイラルコイルで構成されている。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、アンテナ段回路２の第２実施例を示し、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す構成と異なるのは並列インダクタＬ７３を追加した点である。これは、受信端子７２及び７３に接続される受信フィルタのインピーダンス特性と、送信端子７５に接続される送信フィルタのインピーダンス特性とに合わせるためのものである。並列インダクタＬ７３以外の構成は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す構成と同様であるため、説明は省略する。
以上のように本実施の形態によれば、アンテナからのシングル入力をバランス出力に変換する変換回路２２と、変換回路２２に接続されたバランス型ラダーフィルタで構成された受信フィルタ３を備えたことにより、低損失で耐電力特性が優れたデュープレクサを実現することができる。なお、耐電力特性は、実施の形態１に示すＤＭＳ型フィルタであっても実用上問題はないが、実施の形態２に示すラダーフィルタを用いることで、さらに耐電力特性を向上させることができる。本発明者らは、環境温度８５℃、入力電力１．２Ｗで評価したところ、ラダーフィルタがＤＭＳ型フィルタに対して９０倍以上の寿命を有することを確認した。
また、受信フィルタ３をバランス出力型にすることにより、受信フィルタ３の後段に配されているバランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成にすることができる。
また、受信フィルタチップ１０２、送信フィルタチップ１０３、およびインダクタチップ１０４，１０５を、同一基板１０１上に実装する構成としたので、デュープレクサの小型化が可能になるとともに、作製が容易になる。
また、位相整合回路２１及び変換回路２２は、その一部または全部を図１０Ｂ及び図１１Ｂに示すように集中定数として同一のフィルタ基板上に形成することで、デュープレクサの小型化が可能になる。また、フィルタチップを作製する際に、位相整合回路及び変換回路の一部または全部を同時にフィルタ基板上に作製することができるので、作製工数を削減することができ、製造コストを低減させることができる。
なお、本実施の形態では、バランス出力型のフィルタとしてバランス型ラダーフィルタを用いたが、少なくともバランス出力に対応していれば他の構成のフィルタを用いてもよい。以下、受信フィルタ３または送信フィルタ４の構成例について説明する。
図１２は、他の形態の受信フィルタを備えたデュープレクサの構成を示す。図１２において、図６に示す構成と異なるのは、図６においてバランス型ラダーフィルタで構成された受信フィルタ３に代えて、２個のシングルエンド型ラダーフィルタで構成された第１の受信フィルタ９１と第２の受信フィルタ９２とを備えた点である。このように構成することで、第１の受信フィルタ９１と第２の受信フィルタ９２のそれぞれにおいて、各ＳＡＷフィルタの定数を独立して自由に設定することができ、回路設計の自由度が高くなる。また、図１２に示す構成においても、バランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができるとともに、低損失かつ耐電力特性に優れたデュープレクサを実現することができる。
また、図１３に示すように、バランス型ラティスフィルタで構成することもできる。ラティスフィルタは、ラダーフィルタに比べてカットオフ特性が緩やかである。このように構成することで、バランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができるとともに、低損失かつ耐電力特性に優れたデュープレクサを実現することができる。
また、図１４に示すように、ラティスフィルタとラダーフィルタとを組み合わせた構成とすることもできる。このように構成することで、バランス入力型のＬＮＡに接続可能な構成とすることができるとともに、低損失かつ耐電力特性に優れたデュープレクサを実現することができる。なお、図１３及び図１４において、端子１０１ａ及び１０１ｂは、バランス出力に対応した変換回路２２の出力端子に接続され、受信端子１０２ａ及び１０２ｂは、バランス入力に対応したＬＮＡの入力端子に接続される。
また、本実施の形態では、受信フィルタ３及び送信フィルタ４は複数のＳＡＷフィルタで実現する構成としたが、ＢＡＷフィルタや、境界波フィルタで構成しても、同様の効果が得られる。ＢＡＷフィルタは、圧電膜を電極層で挟持したフィルタ構成において圧電膜の共振振動を利用するフィルタであって、シリコン基板を使い半導体技術で作製することができる。また、ＢＡＷフィルタには、ＦＢＡＲ型やＳＭＲ型（Solid Mounted Resonator）などがあるが、いずれを用いても同様の効果が得られる。また、境界波フィルタは、互いに密着した誘電体と圧電帯との界面部分に櫛形電極を形成し、電極に信号を加えて弾性波を発生させるフィルタである。境界波フィルタは、ＳＡＷフィルタやＢＡＷフィルタなどと異なり、基板に中空部分を形成する必要がないため、小型化ができる。
また、実施の形態１及び２において、位相整合回路２１の一部もしくは全てを、フィルタ素子が形成されている基板と同一基板上に作成しても良い。このように構成することで、位相整合回路２１とフィルタ素子とを同時に形成することができ、作製が容易になるとともに、製造コストを低減させることができる。また、デュープレクサを小型化することができる。
また、実施の形態１及び２において、送信フィルタ４は、シングルエンド型ラダーフィルタで構成したが、図１５に示すようにバランス型ラダーフィルタで構成された送信フィルタ４ａを備えることで、送信フィルタ４の前段に配されているバランス出力型のパワーアンプに接続可能な構成とすることができる。この場合、アンテナ段回路２に、送信フィルタ４ａからバランス出力される送信信号をシングル型の送信信号に変換するための変換回路２３（第２の変換回路）を備える。また、図示は省略しているが、送信フィルタ４ａの構成はラダーフィルタに限らず、ＤＭＳ型フィルタやラティスフィルタで構成してもよい。また、送信フィルタ４ａは、複数のＳＡＷフィルタを梯子状に接続した構成としているが、ＳＡＷフィルタに代えて、ＢＡＷフィルタや境界波フィルタを備える構成としてもよい。
（実施の形態３）
図１６は、実施の形態１または２に示すデュープレクサを備えた通信モジュールの一例を示す。図１６に示すように、デュープレクサ２０２は、受信フィルタ２０２ａと送信フィルタ２０２ｂとを備えており、説明の便宜上、シングルエンド入力をバランス出力に変換する変換回路は受信フィルタ２０２ａに含むものとする。また、受信フィルタ２０２ａには、バランス出力に対応した受信端子２０４ａ及び２０４ｂが接続されている。また、送信フィルタ２０２ｂには、パワーアンプ２０３が接続されている。
受信動作を行う際、受信フィルタ２０２ａは、アンテナ端子２０１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子２０４ａ及び２０４ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ２０２ｂは、送信端子２０５から入力されてパワーアンプ２０３で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子２０１から外部へ出力する。
以上のように本実施の形態によれば、バランス型フィルタで構成された受信フィルタ２０２ａを備えたことにより、バランス入力に対応したＬＮＡに接続可能な構成とすることができる。
また、受信フィルタ２０２ａをラダーフィルタで構成することで、低損失で耐電力特性が優れたデュープレクサ２０２を備えた通信モジュールを実現することができる。
なお、図１６に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールの構成であってもよい。
（実施の形態４）
図１７は、実施の形態３に示す通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１７に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図１７に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。
まず、アンテナ３０１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路３０２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ３０３に出力するように切り換える。デュープレクサ３０３に入力される受信信号は、受信フィルタ３０３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ３０４に出力される。ＬＮＡ３０４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ３０６に出力する。ＬＳＩ３０６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ３０６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ３０５で増幅されて送信フィルタ３０３ｂに入力される。送信フィルタ３０３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ３０３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路３０２を介してアンテナ３０１から外部に出力される。
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路３０２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ３０７〜３１０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ３０７〜３１０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ３１３に入力される。ＬＳＩ３１３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ３１３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ３１１または３１２で増幅されて、アンテナスイッチ回路３０２を介してアンテナ３０１から外部に出力される。
以上のように本実施の形態によれば、バランス型フィルタで構成された受信フィルタ３０３ａを備えたことにより、低損失で耐電力特性が優れたデュープレクサ３０３を備えた通信モジュールを実現することができる。
なお、本発明のデュープレクサ、またはそれを備えた通信モジュールを適用可能な通信装置は、携帯電話端末、ＰＨＳ端末などがある。
本発明は、バランス出力に対応したデュープレクサに有用である。また、そのようなデュープレクサを備えた通信モジュール、通信装置に有用である。

Claims (11)

  1. シングル型のアンテナポートと、
    前記アンテナポートに入力される信号のうち、受信周波数帯域の信号のみを通過させる受信フィルタと、
    外部から入力される信号のうち、送信周波数帯域の信号のみを通過させて、前記アンテナポートに出力する送信フィルタとを備えたデュープレクサであって、
    前記アンテナポートに接続されるシングル型入力端子と、バランス型出力端子とを備えた第１の変換回路を備え、
    前記受信フィルタは、
    前記第１の変換回路の出力端子に接続されるバランス型入力端子と、フィルタ処理した受信信号を出力するためのバランス型出力端子とを備え、
    前記バランス型入力端子の一方の端子と前記バランス型出力端子の一方の端子との間に直列に接続された少なくとも３つの直列共振器と、前記バランス型入力端子の他方の端子と前記バランス型出力端子の他方の端子との間に直列に接続された少なくとも３つの直列共振器と、前記直列共振器に対して、並列に接続された少なくとも２つの並列共振器を有するバランス型ラダーフィルタで構成され、
    前記第１の変換回路は、アンテナ段回路として構成され、
    前記アンテナ段回路は、
    前記シングル型入力端子と前記第１の変換回路のバランス型出力端子の一方との間に直列に接続された直列インダクタ、及び並列に接続された並列キャパシタと、
    前記シングル型入力端子と前記第１の変換回路のバランス型出力端子の他方との間に並列に接続された並列インダクタ、及び直列に接続された直列キャパシタとを有し、
    前記アンテナ段回路を構成する前記直列インダクタ、前記並列キャパシタ、前記並列インダクタ及び前記直列キャパシタで構成される回路が、前記シングル型入力端子から入力されたシングル信号をバランス信号に変換するとともに、前記送信フィルタと前記受信フィルタの間の位相整合を行う機能を備える、デュープレクサ。
  2. 前記受信フィルタは、
    ２個のシングルエンド型ラダーフィルタで構成されている、請求項１記載のデュープレクサ。
  3. 前記送信フィルタは、
    シングルエンド型フィルタで構成されている、請求項１記載のデュープレクサ。
  4. 前記送信フィルタは、バランス型フィルタで構成され、
    前記送信フィルタに接続されるバランス型入力端子と、前記アンテナポートに接続されるシングル型出力端子とを備え、当該バランス型入力端子に入力されるバランス信号をシングル信号に変換する第２の変換回路をさらに備えた、請求項１記載のデュープレクサ。
  5. 前記送信フィルタは、
    ラダーフィルタで構成されている、請求項４記載のデュープレクサ。
  6. 前記送信フィルタは、
    ダブルモード型弾性表面波フィルタで構成されている、請求項４記載のデュープレクサ。
  7. 前記アンテナ段回路は、
    集中定数素子で構成されている、請求項１記載のデュープレクサ。
  8. 前記アンテナ段回路は、
    その一部または全部が、送信フィルタ素子または受信フィルタ素子の基板上に形成されている、請求項１記載のデュープレクサ。
  9. 前記受信フィルタまたは前記送信フィルタは、
    複数のフィルタ素子を備え、
    前記フィルタ素子は、弾性表面波フィルタ，境界波フィルタ、圧電薄膜共振器フィルタの何れかで構成されている、請求項１記載のデュープレクサ。
  10. 請求項１〜９のいずれかに記載のデュープレクサを備えた、通信モジュール。
  11. 請求項１０に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
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